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地铁

地轨道 交通系统的用电设备缤纷复杂,其中像电力机车、空调水泵及风机、电梯、机房网络设备、UPS、 灯光调控系统、消防系统、监控系统和其他电力电子设备分布在整个地铁的应用现场。造成了恶 劣的谐波环境,对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。

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. 轨道交通存在的问题

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(1)  轨道交通的供电系统是比较特殊的单相供电,这样导致了三相的严重不平衡;

(2) 电铁轨道交通供电系统是经大功率整流桥整流输出后供机车取流牵引,目前国内电铁机车都 是采用直流斩波器作为牵引机车直流电源整流系统,机车牵引取流时负荷变化剧烈及快速,产生 大量 11 次、13 次谐波电流;

(3) 其次是站用变频器、UPS、开关电源大量非线性负荷(3 次、5 次、7 次等),且随着节能的需 要,变频负荷所占比重逐年提高。变频负荷逐年增加,其产生的谐波电流也在相应增加。

(4) 电力机车频繁启动、加速、制动使得系统无功快速变化,谐波存在也增加了系统无功的损耗, 致使功率因数变化不定且低下。

(5) 根据 GB50157-2003《地铁设计规范》,地铁动力照明供电系统应采用并联电力电容器作为无 功补偿装置。从理论上,该电力电容器无论在基波下还是在谐波下均表现为容性,因此,对于不 论是来自于配电变压器高压侧的谐波还是来自于低压变频负荷产生的谐波均会起到放大作用。其 放大作用已被国内多个地铁系统的实测结果所验证。

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. 谐波产生的危害

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(1) 影响动力电气设备的正常工作,除了引起附加损耗外,还可使变压器局部严重过热,使电容 器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,严重时会导致变压器烧毁、电缆放炮、电容器击穿 等故障;

(2) 会引起系统中局部并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,使前述的危害大大增加,甚至引 起严重事故;

(3) 会导致电力系统内继电保护和自动装置误操作,如保护开关误跳闸,导致部分线路断电;

(4) 使电力系统内计算机等精密设备无法正常工作;

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. 轨道交通系统谐波解决方案

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采用APF变电站集中补偿方式, 有源滤波器具有动态响应速度小于 20ms,滤除 2-21 次谐波,可以实时检测系统的谐波电流,控制命令装置发出反向相等的谐波电流,平衡系统谐波电流,滤除系统谐波电流,去除系 统谐波电流,去除谐波损耗,稳定系统电压,平衡三相电压,补偿无功损耗。

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. 应用案例

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某城市轨道交通系统,变电系统的谐波治理采用集中补偿方式。

由投入滤波器前后电网电流波形可以清楚地看出,电网电流谐波绝大部分被滤除掉,波形已 经为正弦波,总电流由 2343A 降低为 2240A,电流有效值降低 4.3%;总的电流畸变率由 25.2%降 为 3.3%,补偿率达到 89%,功率因数由 0.95 提高到 0.99。对照国标电网谐波电流允许值可以清 楚地看出,补偿前各次谐波电流明显超过国标要求数倍,补偿后各次谐波电流均能达到国标要求。 对于轨道交通供电系统,安全运行是第一位的。有源滤波器投入后,配电系统谐波得到了很好的 抑制,提升供电系统的供电可靠性,消除谐波对轨道交通系统的供电影响,保障了城市轨道系统 的安全运行,改善了电能质量,总体提升了轨道交通系统设备的运行效率和电力能源的使用效率。